先说结论:MEMS 的可动结构是微米级的悬臂梁和薄膜,能承受的应力极小。胶在固化收缩和随温度胀缩时产生的力,会把这些结构拉变形,表现是零点漂移、灵敏度下降,严重的直接拉裂。所以这类封装要用低模量、低收缩、低固化温度的软胶。
这不是配方偏好问题,是物理约束。用常规灌封胶保护 MEMS,多数会失败。我们遇到过零点漂移最后查不到原因的案子,切开看到胶已经把悬臂粘在衬底上。
一、应力从哪来
三个来源,叠在一起。
固化收缩。 环氧从液态到固态体积会缩,常规体系的线性收缩率在 1%~3%。这个收缩如果在自由状态发生还好,被基材和外壳约束住,就变成内应力。
热膨胀系数差。 硅的 CTE 约 2.6 ppm/K,环氧灌封胶普遍在 40~65 ppm/K,差了一个数量级。固化温度降回室温这一段,胶收缩得多、硅收缩得少,界面就在拉扯。
模量传递。 应力等于模量乘以应变。就算应变只有千分之几,模量高(常规环氧几个 GPa),应力照样上百兆帕。软胶的模量只有几十兆帕,同样的应变,应力小两个数量级。

| 参数 | 常规环氧灌封胶 | 低应力软胶 |
|---|---|---|
| 模量 | 2~5 GPa | 10~100 MPa |
| 线性收缩率 | 1%~3% | 0.2%~0.8% |
| CTE | 40~65 ppm/K | 80~200 ppm/K |
| 固化温度 | 60~120℃ | 常温~80℃ |
| 对 MEMS 的适配 | 多数不适配 | 适配 |
第三行看起来软胶更差,CTE 更大。但软胶的模量低,形变不转化为高应力,所以整体是好的。这就是"软"的意义:允许变形,不传递力。这一点我们给客户解释过很多次,软胶不是"性能差一点",是换了一条受力路径。
二、低应力的三个着力点
第一,压模量。 目标模量 100 MPa 以下,越敏感的结构要越低。有些场合用凝胶状材料,模量只有几兆帕,几乎不产生约束。
第二,降固化温度。 固化温度越高,冷却回室温的温差越大,热应力越大。能用 60℃ 固化就不用 120℃。常温固化最省应力,代价是时间长。
第三,减收缩。 选低收缩体系,或者加填料降收缩(填料本身不收缩)。但填料会提模量,两者要平衡,不是加得越多越好。
还有一条容易漏的:固化后的降温要慢。快速冷却等于给结构一次热冲击,慢降 1℃/min 以内,应力释放得更充分。这一点我们在厚件灌封上吃过亏,后来把降温写进了工艺卡。
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三、封装方式也要改
很多 MEMS 失效不是因为胶选错了,是因为不该整体灌封。
| 方式 | 做法 | 适用 |
|---|---|---|
| 整体灌封 | 整个器件包在胶里 | 结构坚固的传感器、非可动器件 |
| 围坝填充(dam & fill) | 先围一圈高粘度胶坝,再填低粘度软胶 | 有可动结构的 MEMS,常用 |
| 局部点胶(glob top) | 只在芯片上方点一坨软胶 | 键合线保护、低成本方案 |
| 气密封装 | 金属或陶瓷壳 + 惰性气体 | 高可靠、军品、气压传感器 |
第二行和第三行是 MEMS 最常见的做法。它们共同的思路是:只保护需要保护的部分,不把整个器件变成一块刚性整体。围坝那圈坝要选触变型,比如 SST-2460 这类不流挂的体系,先立住墙再填软胶。
四、软胶的代价,得提前知道
选软胶不是全是好处,四个代价必须接受。
- 耐温低。多数软胶长期使用上限在 125℃ 以下,有些只有 105℃。
- 阻隔性差。水汽渗透率比硬胶高,湿热环境要额外考虑。
- 导热差。需要散热的场合软胶帮不上忙,得靠结构导热。
- 机械保护弱。抗冲击、抗振动不如硬胶,外壳结构要多承担。
所以没有"一款胶解决所有问题"。真实做法是按器件分:可动结构用软胶局部保护,周围结构件用硬胶或金属壳承担机械和散热。灌封那一层如果只是防潮不承力,SST-004 这类低粘度体系也能用,关键是别让它碰到可动结构。
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五、怎么验证选对了
三个动作,做完才敢量产。
- 零点漂移。封装前后各测一次输出零点,漂移量要在你的规格内。这一项最直观,也最容易在产线上做抽检。
- 温度循环。−40℃~85℃ 或 −40℃~125℃ 循环 20 次,再看零点与灵敏度。
- 剖切检查。看胶有没有渗进可动结构区域,有没有把悬臂粘住。
第三项最容易被忽略,也最致命。软胶粘度低,点胶量控制不好会流进可动区域,把结构粘死。这种失效在电测上可能只表现为"无输出",很容易被当成芯片坏了。我们判断时先看剖切,再看电性能,顺序反了会走很多弯路。
MEMS 用软胶是因为应力约束:常规环氧模量 2~5 GPa,软胶 10~100 MPa,同样应变下应力差两个数量级。
三个着力点:把模量压到 100 MPa 以下、降固化温度到 80℃ 以内、减线性收缩到 0.8% 以内。降温速率控制在 1℃/min 以内。
封装方式比选胶更重要:可动结构用围坝填充或局部点胶,别整体灌封。软胶的代价是耐温低、阻隔差、导热差。
文中模量、收缩率、CTE 区间为行业常见范围与典型值,具体以各型号 TDS 标注为准。MEMS 器件的可承受应力与封装要求由器件设计决定,本文给出的判据为工程参考,实际选型须按具体器件做封装前后对比验证,以实际打样验证为准。文中配图为场景示意,非实拍。
问:MEMS 一定要用软胶吗?答:有可动结构的必须用低应力体系。结构坚固的非可动器件可以用常规灌封胶,不必一刀切。
问:软胶的模量要低到什么程度?答:一般 100 MPa 以下,敏感结构要 10 MPa 级甚至凝胶状。具体值要按器件的可承受应力反推,没有通用答案。
问:为什么固化温度越低越好?答:温差越小,冷却回室温时产生的热应力越小。能用 60℃ 就不用 120℃,能用常温更好,代价是固化时间长。
问:软胶能耐高温吗?答:多数软胶长期上限在 125℃ 以下。高温场合要么换体系,要么改结构让金属壳承担温度与机械载荷。

